(57)【要約】【課題】  レーザ発振器を高出力にすることなく、高エネルギー加工が可能なシングルビームによる加工と、高効率な加工が可能なマルチビームによる加工とを簡易に切り替えて両加工を実施できるマルチビームレーザ加工機を得る。【解決手段】  １／４波長板２０と、１／４波長板２０をレーザ発振器１から第１の偏光ビームスプリッタ７までの間のレーザビーム２の光路上に挿入したり光路上から抜き去ったりする駆動装置２１と、駆動装置２１を制御する制御装置２２を設ける。１／４波長板２０は、レーザビーム２の光路上に挿入された場合、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換できるように適宜配置される。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、直線偏光で偏光方向を第１の偏光ビームスプリッタ７で透過するＰ波と同じ向きになるように調整されている。【選択図】        図１
2005230872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを複数のレーザビームに分光する偏光ビームスプリッタと
前記分光されたレーザビームを走査するスキャナと、
前記スキャナにて走査された前記分光されたレーザビームを被加工物に照射するｆθレンズと、
前記偏光ビームスプリッタへ入射する前記レーザビームの偏光状態を切り替える手段とを備え、
前記偏光状態を切り替える手段は、
前記レーザビームを前記偏光ビームスプリッタにて分光される偏光状態と、前記偏光ビームスプリッタを透過または反射する偏光状態とに切り替えるものであることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームは、
前記偏光ビームスプリッタで透過または反射する偏光状態であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
前記レーザビームを前記偏光ビームスプリッタで分光する場合には、前記レーザビームの偏光状態を前記偏光ビームスプリッタで分光される偏光状態にし、前記レーザビームを前記偏光ビームスプリッタで分光しない場合は、前記レーザビームの偏光状態を維持し前記偏光ビームスプリッタで透過または反射される偏光状態のままにするよう切り替えるものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は、
前記偏光ビームスプリッタにて透過するＰ波と同じ偏光方向の直線偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板と、
前記１／４波長板を前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態を円偏光に変換するように前記レーザビームの光路上に挿入するかまたは光路上から抜き去るよう動作する駆動装置と、
前記駆動装置の動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記駆動装置にて前記１／４波長板を前記レーザビームの光路上に挿入するよう制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記駆動装置にて前記１／４波長板を前記レーザビームの光路上から抜き去るよう制御するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は、
前記偏光ビームスプリッタにて透過するＰ波と同じ偏光方向の直線偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
偏光方向を４５度回転させる偏光回転子と、
前記偏光回転子を前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光方向を４５度回転するように前記レーザビームの光路上に挿入するかまたは光路上から抜き去るよう動作する駆動装置と、
前記駆動装置の動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記駆動装置にて前記偏光回転子を前記レーザビームの光路上に挿入するよう制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記駆動装置にて前記偏光回転子を前記レーザビームの光路上から抜き去るよう制御するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は、
前記偏光ビームスプリッタにて透過するＰ波と同じ偏光方向の直線偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
所定の電圧を印加することで前記レーザビームの偏光を円偏光に変換する様に前記レーザビームの光路上に配置された電気光学素子と、
前記電気光学素子に所定の電圧を印加するための電源と、
前記電源の動作を制御する電源制御装置とを備え、
前記電源制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記電気光学素子に所定の電圧を印加するよう前記電源を制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記電気光学素子への電圧の印加を停止するよう前記電源を制御するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は、
前記偏光ビームスプリッタにて反射するＳ波と同じ偏光方向の直線偏光であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のレーザ加工機。
【請求項７】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームは、
前記偏光ビームスプリッタで分光される偏光状態であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
前記レーザビームを前記偏光ビームスプリッタで分光する場合には、前記レーザビームの偏光状態を維持し前記偏光ビームスプリッタで分光される偏光状態のままにし、前記レーザビームを前記偏光ビームスプリッタで分光しない場合は、前記レーザビームの偏光状態を前記偏光ビームスプリッタで透過または反射される偏光状態にするよう切り替えるものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項８】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は、
前記偏光ビームスプリッタにて透過するＰ波と反射するＳ波に対し４５度回転した偏光方向の直線偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
偏光方向を４５度回転させる偏光回転子と、
前記偏光回転子を前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光方向を４５度回転するように前記レーザビームの光路上に挿入するかまたは光路上から抜き去るよう動作する駆動装置と、
前記駆動装置に動作を指示する信号を送る制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記駆動装置にて前記偏光回転子を前記レーザビームの光路上から抜き去るよう制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記駆動装置にて前記偏光回転子を前記レーザビームの光路上に挿入するよう制御するものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工機。
【請求項９】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は円偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
円偏光を直線偏光に変換する第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板を前記レーザ発振器から出射され前記第１の１／４波長板にて円偏光に変換された前記レーザビームの偏光状態を直線偏光に変換するように前記レーザビームの光路上に挿入するかまたは光路上から抜き去るよう動作する駆動装置と、
前記駆動装置に動作を指示する信号を送る制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記駆動装置にて前記１／４波長板を前記レーザビームの光路上から抜き去るよう制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記駆動装置にて前記１／４波長板を前記レーザビームの光路上に挿入するよう制御するものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工機。
【請求項１０】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態は円偏光であり、
前記偏光状態を切り替える手段は、
前記レーザビームの光路上に所定の電圧を印加することで前記レーザビームの偏光を直線偏光に変換する様に配置された電気光学素子と、
前記電気光学素子に所定電圧を印加するための電源と、
前記電源の動作を制御する電源制御装置とを備え、
前記電源制御装置は、
前記レーザビームを分光する場合には、前記電気光学素子への所定の電圧の印加を停止するよう前記電源を制御し、前記レーザビームを分光しない場合には、前記電気光学素子へ所定の電圧を印加するよう前記電源を制御するものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工機。
【請求項１１】
前記レーザ発振器から出射された前記レーザビームの偏光状態を円偏光とする手段は、
前記レーザ発振器と前記偏光状態を切り替える手段との間の前記レーザビームの光路上に、前記レーザビームの偏光状態を直線偏光から円偏光に変換するように配置された１／４波長板であることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ加工機。
【請求項１２】
レーザ発振器から出射されたレーザビームを、
偏光ビームスプリッタにて複数のレーザビームに分光し、
前記分光された各レーザビームをスキャナで走査し、
前記スキャナで走査された各レーザビームをｆθレンズで被加工物の複数の位置に照射して加工するレーザ加工方法において、
前記発振器から出射されたレーザビームの偏光状態を、
前記偏光ビームスプリッタに入射する前に、
前記偏光スプリッタにて分光される偏光状態と透過もしくは反射する偏光状態とに切り替えることにより、
レーザビームを被加工物の複数の位置に照射する加工と、レーザビームを被加工物の１点に照射する加工とを切り替えて加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームの偏光を切り替えることで、マルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に短時間に切り替える機能を有したレーザ加工機および加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、１つのレーザビームを分光用の偏光ビームスプリッタで２つのレーザビームに分光し、２つのレーザビームを独立に走査することにより、２箇所同時に加工を実施することができるマルチビームレーザ加工機を示す概略構成図である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ０３／０４１９０４（第７−９頁、第１図）
【０００４】
図７は、従来のマルチビームレーザ加工機を示すものである。図７において、１はレーザ発振器、２はレーザ発振器１から出射されたレーザビーム、２ａは４５度に調整されたレーザビーム２の偏光方向、４は加工穴を所望の加工形状にするために入射するレーザビームから必要な部分のレーザビームを切り取るマスクである。
７はレーザビーム２を２つのレーザビームに分光する分光用の第１の偏光ビームスプリッタ、８は第１の偏光ビームスプリッタ７を透過したレーザビーム、８ａはレーザビーム８の偏光方向、９は第１の偏光ビームスプリッタ７を反射したレーザビーム、９ａはレーザビーム９の偏光方向、１０はレーザビーム８を反射しレーザビーム９を透過することで、両レーザビームをミックスしほぼ同一の光路に導くための第２の偏光ビームスプリッタ、１１はレーザビーム９を２軸方向に走査し第２の偏光ビームスプリッタ１０に導くためのスキャナの１種類である第１のガルバノスキャナである。
１２はレーザビーム２およびレーザビーム９を反射して光路に導く複数のベンドミラー、１３は被加工物、１４はレーザビーム８とレーザビーム９を２軸方向に走査し被加工物１３に導くためのスキャナの１種類である第２のガルバノスキャナ、１５は第１のガルバノスキャナ１１と第２のガルバノスキャナ１４でスキャンできる範囲であるガルバノスキャンエリア、１６はレーザビーム８、９を被加工物１３上のガルバノスキャンエリア１５に集光させるためのｆθレンズ、１７は被加工物１３を移動させるためのＸＹステージである。
なお、第１の偏光ビームスプリッタ７の直前にあるベンドミラー１２から第２のガルバノスキャナ１４までの光学系をまとめてマルチビームユニットと呼称する場合がある。
【０００５】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、偏光方向を４５度の向きに調整された直線偏光である。ここで、偏光方向が４５度の向きに調整されたと言うのは、第１の偏光ビームスプリッタ７を透過し偏光方向が入射面と垂直なＰ波（図７のレーザビーム８）と、第１の偏光ビームスプリッタ７を反射し偏光方向が入射面と平行なＳ波（図７のレーザビーム９）に対し偏光方向が４５度傾いた状態で、第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するように、偏光方向が調整されていることを意味している。レーザビーム２はマスク４を通過することで、被加工物１３上に所望の加工形状を転写するための像を形成できるようになる。マスク４を通過したレーザビーム２は、第１の偏光ビームスプリッタ７を透過し、偏光方向８ａが入射面と垂直なＰ波であるレーザビーム８と、第１の偏光ビームスプリッタ７を反射し偏光方向９ａが入射面と平行なＳ波であるレーザビーム９に分光される。ここで、レーザビーム２は、Ｐ波とＳ波に対し４５度の偏光方向に調整された状態で第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するので、レーザビーム８とレーザビーム９は同一のエネルギーをもつように分光される。
【０００６】
第１の偏光ビームスプリッタ７を透過したレーザビーム８は、ベンドミラー１２を経由して、第２の偏光ビームスプリッタ１０に導かれる。一方、第１の偏光ビームスプリッタ７で反射したレーザビーム９は、第１のガルバノスキャナ１１により２軸方向に走査された後、第２の偏光ビームスプリッタ１０に導かれる。なお、レーザビーム８は、いつも同じ位置で第２の偏光ビームスプリッタ１０に導かれるが、レーザビーム９は、第１のガルバノスキャナ１１の振り角を制御することにより第２の偏光ビームスプリッタ１０に入射する位置や角度が調整される。
【０００７】
その後、レーザビーム８は、第２の偏光スプリッタ１０にて反射され、レーザビーム９、は第２の偏光ビームスプリッタ１０にて透過されることにより、両レーザビームはほぼ同じ光路を第２のガルバノスキャナ１４へ導かれる。そして、第２のガルバノスキャナ１４により２軸方向に走査された後、ｆθレンズ１６に導かれ、それぞれ被加工物１３上のガルバノスキャンエリア１５の所定位置に集光され加工を実施する。このとき、第１のガルバノスキャナ１１と第２のガルバノスキャナ１４を走査することにより、被加工物１３上のガルバノスキャンエリア１５の任意の異なる２点に、レーザビーム８と９を、照射することが可能である。ガルバノスキャンエリア１５内の加工が終了した後、ＸＹステージ１７を図７に記載したＸＹＺ軸に対しＸＹ方向に移動させることで、次のガルバノスキャンエリアの加工を実施することができる。このように、複数の加工点を同時に加工する方法をマルチビーム加工と呼称し、これに対して単一の点のみを加工する方法をシングルビーム加工と呼称する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のマルチビームレーザ加工機では、レーザビームを偏光ビームスプリッタで分光分岐しているため、レーザ発振器から出射されるレーザビームのエネルギーは、被加工物に照射される時には１／２となる。そのため、銅泊等を加工する時のような高エネルギーを必要とする加工には適さない。
【０００９】
また、高エネルギー加工に対応するために、レーザ発振器から出射されるレーザビームを高出力にした場合、レーザビームを被加工物まで誘導している光学系の部品、例えばｆθレンズやガルバノミラー等の温度特性の影響で、加工精度に影響を与える可能性があり、熱による加工精度の影響を減らすため、光学部品の温度調整等の手段を用いる必要があり、装置が高価になる。
【００１０】
更に、レーザ発振器から出射されたレーザビームは、必ず偏光ビームスプリッタを通過し分光分岐するため、シングルビームで加工をする時には、分光された片方のレーザビームは利用しないのでレーザ発振器の利用効率が低くなる。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、１台のマルチビームレーザ加工機で、マルチビームの高速加工とシングルビームの高エネルギー加工を簡易に短時間で切り替えることが可能な加工機および方法を提供し、加工機の使用用途を広げるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、レーザ発振器から出射されるレーザビームの偏光状態を適切に設定すると共に、偏光ビームスプリッタで分光する前に、前記レーザビームの偏光状態を前記偏光ビームスプリッタで分光されるような偏光状態と、前記分光用偏光ビームスプリッタで分光されないような偏光状態とに切り替える手段を設け、該手段を制御するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザ発振器から出射されたレーザビームの偏光状態を、偏光ビームスプリッタで分光する前に切り替える手段を設けることで、１台のマルチビームレーザ加工機で、シングルビームによる加工とマルチビームによる加工を簡易に短時間に切り替えることができるので、マルチビームレーザ加工機をシングルビームで使用した場合でも、レーザ発振器から出射されたレーザビームを有効に利用することができる
【００１４】
また、レーザ発振器の出力を高めることなくシングルビームによる高エネルギー加工が可能となり、高エネルギー加工が必要な部分だけシングルビームで加工し、低エネルギーで加工できる部分はマルチビームで加工することにより、シングルビームのレーザ加工機よりも加工速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るマルチビームレーザ加工機を示す構成図である。基本的には図７に示す従来のマルチビームレーザ加工機と同様な構成であるが、幾つかのベンドミラー１２およびマスク４については省略して記載している。もちろん、光路設計上、ベンドミラーの配置や数量、その他光学系の配置はその都度適宜決定されるものである。また、分光されたレーザビーム８，９を２軸に走査するスキャナはガルバノスキャナを例にとって説明する。以下全ての実施の形態も同様とする。図７と同構成については、同番号を付して説明を省略する。６は第１の偏光ビームスプリッタ７から第２のガルバノスキャナ１４までの光学系をまとめたマルチビームユニットである。２０は、レーザ発振器１から第１の偏光ビームスプリッタ７までの間のレーザビームの光路上に挿入された１／４波長板で、２１は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上に挿入したり光路上から抜き去ったりできるよう１／４波長板２０の位置を可変する駆動装置、２２は駆動装置２１を制御する制御装置である。５は１／４波長板２０を透過したレーザビームである。１／４波長板２０と駆動装置２１および制御装置２２は、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザビームの偏光状態を切り替える手段として働く。
【００１６】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、偏光方向をＰ波と同じ向きになるように調整された直線偏光である。ここで、偏光方向がＰ波と同じ向きというのは、第１の偏光ビームスプリッタ７を透過し偏光方向が入射面と垂直なＰ波（図１のレーザビーム８）と同じ偏光方向の状態で、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射できるよう調整されていることを意味している。例えば、レーザ発振器１から第１の偏光ビームスプリッタ７までの光学系が図７のようになっていた場合、Ｐ波（偏光方向８ａ）と同じ偏光方向で第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するには、レーザ発振器１から出力された直後の偏光方向は図７の座標軸でＸ方向に偏光していれば良い。１／４波長板２０は、レーザビーム２の光路上に挿入された場合、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換できるように適宜配置されている。
【００１７】
ここで、制御装置２２に、マルチビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上に挿入するよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上に挿入するよう動作する。１／４波長板２０がレーザビーム２の光路上に挿入され、図１のＡの位置になると、１／４波長板２０を透過したレーザビーム５の偏光状態は円偏光となる。円偏光のレーザビーム５は、マルチビームユニット６に入射する。マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザビーム５は円偏光をしているので、Ｐ波とＳ波の偏光方向を均等に含んでおり、第１の偏光ビームスプリッタ７にてＰ波であるレーザビーム８とＳ波であるレーザビーム９に均等に分光される。分光されたレーザビームは、従来のマルチビームレーザ加工機と同様に、一方はベンドミラー１２を経て第２の偏光ビームスプリッタへ導かれ、もう一方は第１のガルバノスキャナ１１にて２軸方向に走査された後第２の偏光ビームスプリッタ１０へ導かれる。そして、第２の偏光ビームスプリッタ１０により２つのレーザビームはほぼ同一の光路に導かれ、第２のガルバノスキャナ１４にて２軸方向に走査され、マルチビームユニット６から出射された後、ｆθレンズ１６により被加工物１３上の異なる２点へ照射され、マルチビーム加工が行われる。
【００１８】
次に、制御装置２２にシングルビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう動作する。１／４波長板２０がレーザビーム２の光路上から抜き去られ、図１のＢの位置になると、レーザビーム２は偏光方向を維持したままマルチビームユニット６に入射する。ここで、レーザビーム２はＰ波と同じ偏光方向に調整された直線偏光なので、マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７を全て透過することができる。よってこの場合、レーザビーム９（図１にて点線で記載したレーザビーム）は存在せず、レーザビーム８のみが存在する構成となる。第１の偏光ビームスプリッタ７を透過したレーザビーム８は、ベンドミラー１２を経て第２の偏光ビームスプリッタ１０にて反射され、第２のガルバノスキャナ１４にて２軸方向に走査され、マルチビームユニット６から出射され、ｆθレンズ１６を経て被加工物１３の所望の場所に照射され、シングルビーム加工が行われる。
【００１９】
上記のように、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザビーム２の偏光状態を切り替える手段である、１／４波長板２０、駆動装置２１、制御装置２２を設け、またレーザ発振器１から出射されるレーザビーム２の偏光方向をＰ波と同じ偏光方向になるように適切に設定しておくことで、マルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に切り替えることができる。よって、マルチビーム加工を必要としない場合は、シングルビーム加工に簡易に切り替えられるので、マルチビームレーザ加工機でシングルビーム加工をする時に、分光された一方の利用しないレーザビームを出力する必要が無くなり、レーザ発振器の利用効率が向上する。
【００２０】
また、銅箔等を加工する時のような高エネルギーを必要とする加工においては、シングルビーム加工に切り替えることで、レーザ発振器から出力されるレーザビームのエネルギーがマルチビーム加工時と同じでも、偏光ビームスプリッタで分岐されないために、レーザビームのエネルギーを２倍に高めることができる。よって、マルチビームレーザ加工機でもレーザ出力を上げることなく、高エネルギー加工が実現できる。
【００２１】
更に、レーザ出力を高出力にする必要が無いため、ｆθレンズや第２のガルバノミラー等の光学部品の温度特性の影響を考慮する必要がほとんど無く、高エネルギー加工時にも加工精度への影響もほとんど無い。よって、高エネルギー加工時に光学部品の発熱を抑えるための追加的な温度調整等の手段が必要なく、コストアップも防止できる。
【００２２】
また、高エネルギーが必要な部分だけシングルビームで加工し、低エネルギーで加工できる部分はマルチビームで加工することにより、シングルビームのレーザ加工機よりも加工速度を向上させることができる。
【００２３】
上記の実施の形態では、レーザビーム２はＰ波と同じ向きになるように偏光しているとしたが、Ｓ波と同じ向きになるように偏光をしていても良い。ここでＳ波と同じ向きとは、第１の偏光ビームスプリッタ７を反射し偏光方向が入射面と垂直なＳ波（図１のレーザビーム９）と同じ偏光方向の状態で第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射できるよう調整されていることを意味している。例えば、レーザ発振器１から第１の偏光ビームスプリッタ７までの光学系が図７のようになっていた場合、Ｓ波（偏光方向９ａ）と同じ偏光方向で第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するには、レーザ発振器１から出力された直後の偏光方向は図７の座標軸でＺ方向に偏光していれば良い。
【００２４】
この場合、１／４波長板２０が挿入された時は、レーザビーム５は円偏光となり第１の偏光ビームスプリッタ７で分光されるので、上述のようにマルチビーム加工が可能となる。また、１／４波長板２０が抜き去られた時は、レーザビーム２はＳ波と同じ偏光方向で第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するので、レーザビーム全てが反射されレーザビーム８は存在せずレーザビーム９（図１にて点線で記載したレーザビーム）のみが存在する構成となる。レーザビーム９のみの場合は、例えば第１のガルバノスキャナ１１を固定して第２のガルバノスキャナ１４にてレーザビーム９を２軸方向に走査することで、シングルビーム加工が可能となる。もちろん、第１のガルバノスキャナ１１のみでレーザビーム９を走査しても良いし、第１および第２のガルバノスキャナ両方を用いて走査してもかまわない。このような構成にすることでも、マルチビームレーザ加工機にて簡易にシングルビーム加工が可能となり、上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００２５】
実施の形態２．
本実施の形態は実施の形態１とほぼ同一の構成なので、図１を用いて説明する。２８は偏光回転子で、実施の形態１の１／４波長板２０と置き換えたものである。偏光回転子２８は、レーザビーム２の偏光方向を４５度回転させるように適宜配置されている。偏光回転子としては、例えばファラデー回転子や１／２波長板などが知られている。
【００２６】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、偏光方向をＰ波と同じ向きになるように調整された直線偏光である。ここで、Ｐ波と同じ向きと言う意味は上述したとおりである。偏光回転子２８は、レーザビーム２の光路上に挿入された場合、レーザビーム２の偏光方向を４５度回転させるように適宜配置されている。
【００２７】
ここで、制御装置２２に、マルチビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、偏光回転子２８をレーザビーム２の光路上に挿入するよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、偏光回転子２８をレーザビーム２の光路上に挿入するよう動作する。偏光回転子２８がレーザビーム２の光路上に挿入され、図１のＡの位置になると、偏光回転子２８を透過したレーザビーム５の偏光方向は４５度回転した直線偏光となるので、マルチビームユニット６に入射する時にはＰ波に対し４５度傾いた直線偏光となっている。マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザビーム５は、Ｐ波に対し４５度傾いた偏光方向となっているのでＰ波とＳ波の偏光方向を均等に含んでおり、第１の偏光ビームスプリッタ７にてＰ波であるレーザビーム８とＳ波であるレーザビーム９に均等に分光される。これにより、従来のマルチビーム加工機もしくは実施の形態１と同様に、マルチビーム加工が行われる。
【００２８】
次に、制御装置２２にシングルビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、偏光回転子２８をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、偏光回転子２８をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう動作する。偏光回転子２８がレーザビーム２の光路上から抜き去られ、図１のＢの位置になると、レーザビーム２は偏光方向を維持したままマルチビームユニット６に入射する。ここで、レーザビーム２は偏光方向をＰ波と同じ偏光方向に調整された直線偏光なので、マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７を全て透過することができる。これにより、実施の形態１と同様にシングルビーム加工が行われる。
【００２９】
上記のように、第１の偏光ビームスプリッタへ入射するレーザビームの偏光状態を切り替える手段である、偏光回転子２８、駆動装置２１、制御装置２２を設け、またレーザ発振器１から出射されるレーザビーム２の偏光方向をＰ波と同じ偏光方向になるように適切に設定しておくことで、実施の形態１と同様にマルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に切り替えることができる。よって、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００３０】
上記の実施の形態では、レーザビーム２はＰ波と同じ向きになるように偏光しているとしたが、Ｓ波と同じ向きになるように偏光していても良い。この場合、偏光回転子２８が挿入された時は、レーザビーム５はＳ波に対し４５度偏光方向が回転した直線偏光となり、第１の偏光ビームスプリッタ７で分光されるのでマルチビーム加工が可能となる。また、偏光回転子２８が抜き去られた時は、レーザビーム２はＳ波と同じ偏光方向で第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するので、レーザビーム２全てが反射され、レーザビーム８は存在せずレーザビーム９（図１にて点線で記載したレーザビーム）のみが存在するのでシングルビーム加工が可能となる。
【００３１】
また、上記の実施の形態２では、レーザビーム２はＰ波と同じ向きに偏光しているとしたが、Ｐ波とＳ波の偏光方向に対し４５度回転している直線偏光でも良い。上記実施の形態では、偏光回転子２８を挿入したときにマルチビーム加工が実施でき、偏光回転子２８を抜き去ったときにシングルビーム加工が実施できる構成であったが、この場合は逆の構成になる。偏光回転子２８を挿入したときには、レーザビーム２の偏光方向は４５度回転するのでＰ波もしくはＳ波いずれかと等しい偏光方向となる。いずれに等しくなるかは、回転偏光子２０の配置によるので適宜決定すればよい。Ｐ波もしくはＳ波と偏光方向が同じであれば第１の偏光ビームスプリッタ７にて分光されずに、全てのレーザビームは透過または反射されるので、シングルビーム加工が実施できる。偏光回転子２８を抜き去ったときは、レーザビーム２はＰ波とＳ波に対し４５度回転した偏光方向にて第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するので、分光されマルチビーム加工が実施できる。
【００３２】
実施の形態３．
図２は、本発明の実施の形態３に係るマルチビームレーザ加工機を示す構成図である。本実施の形態は、実施の形態１と同一な構成に、レーザ発振器１から１／４波長板２０までの間のレーザビーム２の光路上に、１／４波長板２３を追加したものである。１／４波長板２３は、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換するためのものである。
【００３３】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は直線偏光で、偏光方向は特に規定されている必要は無い。次に、レーザビーム２は１／４波長板２３を透過するが、１／４波長板２３を、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換できるように適宜配置することで、偏光状態が円偏光に変換される。１／４波長板２０は、レーザビーム２の光路上に挿入された場合、レーザビーム２の偏光状態を円偏光から直線偏光へ変換する働きをするが、このときの偏光方向はＰ波もしくはＳ波と同じ偏光方向になるように適宜配置されている。
【００３４】
ここで、制御装置２２に、マルチビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上から抜き去るよう動作する。１／４波長板２０がレーザビーム２の光路上から抜き去られ、図２のＢの位置になると、１／４波長板２３を透過してきた円偏光のレーザビーム２がそのままマルチビームユニット６に入射する。マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザビーム２は、円偏光となっているのでＰ波とＳ波の偏光方向を均等に含んでおり、第１の偏光ビームスプリッタ７にてＰ波であるレーザビーム８と、Ｓ波であるレーザビーム９に均等に分光される。これによりマルチビーム加工が実施できる。
【００３５】
次に、制御装置２２に、シングルビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。制御装置２２は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上に挿入するよう駆動装置２１に信号を送り、駆動装置２１は、１／４波長板２０をレーザビーム２の光路上に挿入するよう動作する。１／４波長板２０がレーザビーム２の光路上に挿入され、図１のＡの位置になると、１／４波長板２３を透過してきた円偏光のレーザビーム２は、Ｐ波もしくはＳ波と同じ偏光方向の直線偏光のレーザビーム５に変換され、マルチビームユニット６に入射する。ここで、レーザビーム２は偏光方向がＰ波もしくはＳ波と同じ偏光方向に調整された直線偏光なので、マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７を全て透過もしくは反射する。これによりシングルビーム加工が行われる。
【００３６】
上記のように、第１の偏光ビームスプリッタへ入射するレーザビームの偏光状態を切り替える手段である、１／４波長板２０、駆動装置２１、制御装置２２を設け、またレーザ発振器１から出射されたレーザビーム２を、上記偏光状態を切り替える手段に入射する前に、１／４波長板２３により円偏光にしておくことで、実施の形態１と同様にマルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に切り替えることができる。よって、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、実施の形態１および実施の形態２では、レーザ発振器１から出射されるレーザビーム２の偏光方向をＰ波またはＳ波と同一にするか、もしくはＰ波とＳ波に対し４５度回転させるよう調整する必要があったが、本実施例では１／４波長板２３の配置を適切にすることで、レーザビーム２の偏光方向を考慮する必要が無く、光学系の配置に関する自由度が高くなるといった利点がある。
【００３７】
実施の形態４．
図３は、本発明の実施の形態４に係るマルチビームレーザ加工機を示す構成図である。基本的には、図１に示す実施の形態１のマルチビームレーザ加工機と同様な構成であるが、第１の偏光ビームスプリッタへ入射するレーザビームの偏光状態を切り替える手段が異なっている。２５はレーザビーム２の光路中に配置された電気光学素子（以下ＥＯ素子と呼ぶ）で、２６はＥＯ素子２５に設置された図示していない電極に電圧を印加するための電源で、２７は電源２６を制御する電源制御装置である。ＥＯ素子２５は、電圧を印加していないときにはレーザビーム２をそのまま透過し、電圧を印加したときには１／４波長板として働くように電源２６の電圧値が設定されている。本実施の形態では、上記ＥＯ素子２５と電源２６と電源制御装置２７が、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザビーム２の偏光状態を切り替える手段として働く。
【００３８】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、偏光方向をＰ波もしくはＳ波と同じ向きになるように調整された直線偏光である。ＥＯ素子２５は、電源２６により設定電圧が印加され１／４波長板として動作する場合、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換できるように適宜配置されている。
【００３９】
ここで、電源制御装置２７にマルチビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。電源制御装置２７は、ＥＯ素子２５に設定電圧を印加するように電源２６に信号を送り、電源２６はＥＯ素子２５に設定電圧を印加する。ＥＯ素子２５には１／４波長板として働くような電圧が印加されるので、ＥＯ素子２５を透過したレーザビーム５の偏光状態は円偏光となる。円偏光のレーザビーム５はマルチビームユニット６に入射する。マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザビーム５は円偏光をしているので、Ｐ波とＳ波の偏光方向を均等に含んでおり、第１の偏光ビームスプリッタ７にてＰ波であるレーザビーム８とＳ波であるレーザビーム９に均等に分光される。これによりマルチビーム加工が行われる。
【００４０】
次に、電源制御装置２６にシングルビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。電源制御装置２７は、ＥＯ素子２５への設定電圧の印加を停止するように電源２６に信号を送り、電源２６はＥＯ素子２５への設定電圧の印加を停止する。ＥＯ素子２５には電圧が印加されないので、ＥＯ素子２５を透過したレーザビーム５の偏光状態は変化が無く、Ｐ波もしくはＳ波と同じ偏光方向になるような直線偏光のままである。レーザビーム５は偏光方向を維持したままマルチビームユニット６に入射する。ここで、レーザビーム５は偏光方向がＰ波もしくはＳ波と同じ偏光方向の直線偏光なので、マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７を全て透過もしくは反射することになる。これによりシングルビーム加工が行われる。
【００４１】
上記のように、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザビーム５の偏光状態を切り替える手段である、ＥＯ素子２５と電源２６および電源制御装置２７を設け、またレーザ発振器１から出射されるレーザビーム２の偏光方向を、Ｐ波もしくはＳ波と同じ偏光方向になるように適切に設定しておくことで、実施の形態１と同様にマルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に切り替えることができる。よって、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、実施の形態１および実施の形態２さらには実施の形態３では、第１の偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザビーム５の偏光状態を切り替える手段に駆動装置２１を用いている。しかし、本実施の形態では駆動装置は用いず、ＥＯ素子２５に印加する電圧値のみにて切り替えを行っているため、他の実施の形態に比較し、切り替えが非常に短時間で行え、メンテナンス性に優れ、また素子を抜き去るためのスペースも必要ないという利点がある。
【００４２】
実施の形態５．
図４は、本発明の実施の形態５に係るマルチビームレーザ加工機を示す構成図である。本実施の形態は、実施の形態４と同一な構成に、レーザビーム２の光路上に、１／４波長板２３を追加したものである。１／４波長板２３は、レーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換するためのものである。
【００４３】
次に動作を説明する。レーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は直線偏光で、偏光方向は特に規定されている必要は無い。次に、レーザビーム２は１／４波長板２３を透過するが、１／４波長板２３をレーザビーム２の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換できるように適宜配置することで、偏光状態が円偏光に変換される。ＥＯ素子２５は、電源２６により設定電圧がかけられ１／４波長板として動作する場合、レーザビーム２の偏光状態を円偏光から直線偏光へ変換する働きをするが、このときの偏光方向はＰ波もしくはＳ波と同じ偏光方向になるように適宜配置されている。
【００４４】
ここで、電源制御装置２７にマルチビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。電源制御装置２７は、ＥＯ素子２５への設定電圧の印加を停止するように電源２６に信号を送り、電源２６はＥＯ素子２５への設定電圧の印加を停止する。１／４波長板２３を透過してきた円偏光のレーザビーム２がＥＯ素子２５に入射するが、ＥＯ素子２５には電圧が印加されていないので、ＥＯ素子２５を透過したレーザビーム５の偏光状態はレーザビーム２と変化が無く、偏光状態は円偏光のままである。円偏光のレーザビーム５はマルチビームユニット６に入射する。マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザビーム５は円偏光をしているので、Ｐ波とＳ波の偏光方向を均等に含んでおり、第１の偏光ビームスプリッタ７にてＰ波であるレーザビーム８とＳ波であるレーザビーム９に均等に分光される。これによりマルチビーム加工が行われる。
【００４５】
次に、電源制御装置２７にシングルビームにて加工を実施するように指令が送られた場合を説明する。電源制御装置２７は、ＥＯ素子２５に設定電圧を印加するように電源２６に信号を送り、電源２６はＥＯ素子２５に設定電圧を印加する。１／４波長板２３を透過してきた円偏光のレーザビーム２がＥＯ素子２５に入射するが、ＥＯ素子２５には１／４波長板として働くような電圧が印加されているので、ＥＯ素子２５を透過したレーザビーム５は、Ｐ波もしくはＳ波と同じ偏光方向の直線偏光に変換されマルチビームユニット６に入射する。ここで、レーザビーム２は、偏光方向がＰ波もしくはＳ波と同じ偏光方向に調整された直線偏光なので、マルチビームユニット６内の第１の偏光ビームスプリッタ７を全て透過もしくは反射される。これによりシングルビーム加工が行われる。
【００４６】
上記のように、第１の偏光ビームスプリッタへ７入射するレーザビーム２の偏光状態を切り替える手段である、ＥＯ素子２５と電源２６および電源制御装置２７を設け、またレーザ発振器１から出射されたレーザビーム２を、上記偏光状態を切り替える手段に入射する前に１／４波長板２３により円偏光にしておくことで、実施の形態４と同様にマルチビーム加工とシングルビーム加工を簡易に切り替えることができる。よって、実施の形態４と同様な効果を得ることができる。また、実施の形態４では、レーザ発振器１から出射されるレーザビーム２の偏光方向をＰ波またはＳ波と同一になるよう調整する必要があったが、本実施例では、１／４波長板２３の配置を適切にすることでレーザビーム２の偏光方向を考慮する必要が無く、光学系の配置に関する自由度が高くなるといった利点がある。
【００４７】
実施の形態６．
実施の形態１から５までは、マルチビームユニット６は図７に記載された従来のマルチビームレーザ加工機と同様な構成として説明したが、例えば図５に示したようにレーザビーム８の光路上、第１の偏光ビームスプリッタ７と第２の偏光ビームスプリッタ１０の間にあるベンドミラーを第２のガルバノスキャナ１４に置き換え、第２のガルバノスキャナをベンドミラー１２にて置き換えたマルチビームユニット６でも、実施の形態１から５までと同様にマルチビーム加工とシングルビーム加工を切り替えられることは明らかである。
【００４８】
マルチビーム加工の場合は、レーザビーム８は第２のガルバノスキャナ１４により２軸方向に走査され、レーザビーム９は第１のガルバノスキャナ１１により２軸方向に走査され、それぞれのレーザビーム８，９は被加工物１３上の異なる２点へ照射される。シングルビーム加工の場合は、レーザビーム８もしくはレーザビーム９のいずれかのレーザビームのみが存在するので、存在するほうのレーザビームの光路上にあるガルバノスキャナにて２軸方向に走査することで、１本のレーザビームを被加工物の所望の点に照射できる。
【００４９】
また、図６に示したような分光した各レーザビームを第２の偏光ビームスプリッタ１０にてミックスすることなく、それぞれ別々のｆθレンズ１６にて被加工物１３の異なった点に照射するか、もしくは図６のように別々の被加工物１３に照射するような、いわゆるシングルビーム２ヘッドレーザ加工機においても、第１の偏光ビームスプリッタ７に入射するレーザビームの偏光状態を、第１の偏光ビームスプリッタ７にて分光されるか、もしくは分光されない偏光状態に切り替える手段を設けることで、加工速度の向上が見込める２ヘッド加工（各ｆθレンズから同時にレーザビームを照射する）と高エネルギー加工が可能な１ヘッド加工（ただ１つのｆθレンズのみからレーザビームを照射する）の切り替えが簡易に短時間で行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、複数点にレーザビームを照射することにより加工速度が向上できるマルチビーム加工と、高エネルギーの加工が可能なシングルビーム加工を、簡易に短時間で切り替えることができるレーザ加工機を提供するものであり、例えば、高エネルギー加工を必要とする銅箔部と低エネルギーでの加工も可能な樹脂部とを有した多層基板の加工に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１および実施の形態２を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態３を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態４を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態５を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態６を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態６の別の形態を示す図である。
【図７】従来のマルチビームレーザ加工機を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  レーザ発振器、  ２  レーザ発振器１を出射したレーザビーム、  ４  マスク、  ５  １／４波長板２０または偏光回転子２８もしくは電気光学素子２５を透過したレーザビーム、  ６  マルチビームユニット、  ７  第１の偏光ビームスプリッタ、  ８  第１の偏光ビームスプリッタ７を透過したレーザビーム、  ９  第１の偏光ビームスプリッタ７を反射したレーザビーム、  １１  第１のガルバノスキャナ、  １２  ベンドミラー、  １０  第２の偏光ビームスプリッタ、  １４  第２のガルバノスキャナ、  １６  ｆθレンズ、  １３  被加工物、  １７  ＸＹステージ、  １５  ガルバノスキャンエリア、  ２０、２３  １／４波長板、  ２１  駆動装置、  ２２  制御装置、  ２５  電気光学素子、  ２６  電源  ２７  電源制御装置、  ２８  偏光回転子
【図１】
2005230872.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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